Schielende Hühner und linkshändige Papageien – warum Arbeitsteilung im Hirn sinnvoll ist


Dass schwierige Aufgaben leichter zu bewältigen sind, wenn sie aufgeteilt werden, wissen alle, die mal in einem gut funktionierenden Team gearbeitet haben. Übernimmt darin jeder die Aufgabe, auf die er spezialisiert ist, geht das gesamte Projekt schneller voran. Im Gehirn funktioniert das ähnlich: Die linke und rechte Hemisphäre vollbringen zusammen mehr als die Summe ihrer Teile. Es kann mehr Informationen aus der Umgebung ziehen.

Von Philip Ruthig

Das naheliegendste Beispiel für eine einseitige Spezialisierung ist die Händigkeit: Die deutliche Mehrheit der Menschen sind Rechtshänder. Dass nur eine Hand für besonders kräftige oder technisch anspruchsvolle Tätigkeiten vorbereitet wird, spart Ressourcen. Müssten beide Hände trainiert werden, bräuchte es deutlich mehr Aufwand, um entsprechende Handgriffe zu trainieren. Nur die jeweils gegenüberliegende Hirnhälfte des motorischen Cortex ist für eine Hand verantwortlich. Wer als rechtshändiger Gitarrenspieler schon mal probiert hat, eine Linkshändergitarre zu spielen, weiß, die symmetrische Übertragung von motorischem Können ist alles andere als trivial.

Rechts und links im Tierreich

Ähnliche Spezialisierungen finden wir auch im restlichen Tierreich – selbst bei Tieren, die keinen Neocortex haben, also den Hirnbereich, der bei Säugern Reize verarbeitet. Etwa bei einem Küken, das nach Nahrung sucht: Mit einem Auge sucht es am Boden nach Körnern, das andere ist Richtung Himmel gerichtet und hält dort nach potenziellen Raubvögeln Ausschau (Rogers et al., 2004). Zwei sehr unterschiedliche Stimuli werden gleichzeitig verarbeitet. Je ein Auge und Teile des Nervensystems können sich auf eine bestimmte Aufgabe konzentrieren, sodass das Küken weder Hunger leiden muss, noch einem Raubtier zum Opfer fällt.

Auch bei einfacheren Aufgaben entwickelt sich bei manchen Vögeln bereits eine Präferenz für eine Körperseite. Halsbandsittiche, eine Papageienart, bevorzugen zum Beispiel einen bestimmten Fuß um sich festzuhalten, ihr anderer greift nach Nahrung (Randler et al., 2011). Selbst bei Spezies ohne Extremitäten hat sich seitliche Präferenz breitgemacht: Erwachsene weibliche Schlangen entspannen am liebsten, wenn sie sich im Uhrzeigersinn eindrehen (Roth, 2003). Grund dafür könnten die asymmetrisch angeordneten (Geschlechts-)Organe sein, die wärmer oder kühler gehalten werden, weil sie entsprechend der gebrauchten Betriebstemperatur der kaltblütigen Kriechtiere innen oder außen liegen.

Kommunikation kommt immer von beiden Seiten

Nicht nur Reize und Bewegung teilen sich auf beide Hirnhälften auf. Auch die Kommunikation: „Wir sprechen mit der linken Hemisphäre“, sagte der französische Chirurg und Forscher Paul Broca im Jahr 1865. Heute wissen wir: Das lässt sich nur zum Teil auf die Analyse von Kommunikation übertragen. Zwar spielt die linke Hälfte in der Kommunikation eine tragende Rolle, jedoch ist sie bei weitem nicht die alleinige Schaltzentrale, für die sie früher gehalten wurde (z.B. Albouy et al., 2020). Um einen Einblick in die Details zu bekommen, wie die Arbeitsteilung zwischen beiden Hemisphären stattfinden könnte, ist es oft hilfreich, Modellorganismen zu untersuchen. Sogar Mäuse haben, wie Menschen auch, eine Tendenz Kommunikationssignale vor allem in der linken Hemisphäre zu verarbeiten. Experimente zeigen: Entfernt man ein Jungtier aus dem Nest der Mutter, ist es wahrscheinlicher, dass die Mutter das Jungtier zurück ins Nest holt, wenn sie mit dem rechten Ohr (d.h. vor allem mit Verarbeitung des Signals in der linken Hemisphäre) die Rufe des Jungtiers hört (Ehret, 1987).

Auch beim besten Freund des Menschen, dem Hund, scheint es eine effektive Arbeitsteilung zwischen linker und rechter Hirnhälfte zu geben. Viele Hunde neigen ihren Kopf zur Seite, wenn sie nach einem ihnen bekannten Spielzeug gefragt werden. Die Tiere tun das vor allem dann, wenn sie besonders schnell den Zusammenhang zwischen einem Wort und einem Spielzeug herstellen können (Sommese et al., 2021). Das könnte entweder Aufmerksamkeit signalisieren oder ein reiner Nebeneffekt von Gedächtnis- oder anderen gedanklichen Prozessen sein – derzeitige Studien lassen hier keinen endgültigen Schluss zu.

Aber was hat das alles mit dem Menschen zu tun? Die ernüchternde Antwort lautet: erstmal nichts. Tritt jedoch ein Merkmal – die Lateralisierung – so häufig in unterschiedlichen Kontexten auf, ist es sehr wahrscheinlich, dass es a) den selben evolutionären Ursprung hat oder b) so sinnvoll ist, dass es sich im Laufe der Evolution mehrmals entwickelt hat. Dass diese Art der Arbeitsteilung so häufig auftritt, ist vermutlich durch mehrere Tatsachen bedingt: Beschäftigen sich zwei Regionen des Hirns mit dem gleichen Stimulus, lassen sich durch Spezialisierung der jeweiligen Hirnregionen mehr Informationen aus dem Signal filtern. Der linke auditorische Cortex ist etwa auf schnell fluktuierende akustische Stimuli spezialisiert, der rechte eher auf harmonisch komplexe langsamere (Poeppel, 2003; Zatorre et al., 2002). Zwar trifft auf beiden Seiten prinzipiell derselbe Input ein, aber sie extrahieren aus ihm Informationen aus verschiedenen akustischen Bereichen.

Auch beim Menschen finden sich eine Vielzahl dieser Merkmale. In der Forschung ist man aber noch weit davon entfernt, sie in ihrer vollen Komplexität zu verstehen, vor allem im Zusammenhang mit Kommunikation. Einer der Gründe dafür: Viele der im Tiermodell angewendeten Methoden lassen sich nicht so einfach auf den Menschen übertragen oder sind nur in besonderen Fällen (wie z.B. im Fall von implantierten Elektroden bei Epilepsie- oder Schizophreniepatienten) direkt vergleichbar. Klar ist jedoch, das klassische Konzept, nach dem Kommunikationslaute vor allem im linken auditorischen Cortex verarbeitet werden, trifft nicht zu. Beide Hirnhälften extrahieren wichtige Merkmale aus dem akustischen Signal. Wie genau diese Filterung beim Menschen funktioniert ist unklar. Die Studien an Tiermodellen zeigen jedoch, wie es funktionieren könnte. Denkbar sind etwa Detektoren auf der linken und rechten Seite, die jeweils auf spezielle akustische Merkmale spezialisiert sind (Levy et al., 2019). Auf zellulärer Ebene könnte das bedeuten, dass beispielsweise das Wort „ship“ als drei Phoneme „sh“ „i“ und „p“ bereits im auditorischen Cortex (links und/oder rechts) in spezialisierten Netzwerken repräsentiert wird (Neophytou & Oviedo, 2020). Diese in Primaten bisher hypothetischen Netzwerke sind allerdings zu klein, um sie mit konventionellen Methoden wie MRT zu beobachten. Neue oder bessere Methoden sind für weitere Erkenntnisse unerlässlich sind. Um eine Übersicht darüber zu bekommen, was man über die Lateralisierung von Kommunikation bei Nagern und Primaten, inklusive dem Menschen, bereits weiß, haben wir eine Literaturübersicht erarbeitet, die im European Journal of Neuroscience erschienen ist (Ruthig & Schönwiesner, 2022).

Referenzen

Albouy, P., Benjamin1, L., Morillon, B., & Zatorre, R. J. (2020). Distinct sensitivity to spectrotemporal modulation supports brain asymmetry for speech and melody. Science, 367(6481), 1043–1047. https://doi.org/10.1126/science.aaz3468

Levy, R. B., Marquarding, T., Reid, A. P., Pun, C. M., Renier, N., & Oviedo, H. V. (2019). Circuit asymmetries underlie functional lateralization in the mouse auditory cortex. Nature Communications, 10(1). https://doi.org/10.1038/s41467-019-10690-3

Neophytou, D., & Oviedo, H. V. (2020). Using Neural Circuit Interrogation in Rodents to Unravel Human Speech Decoding. In Frontiers in Neural Circuits (Vol. 14). Frontiers Media S.A. https://doi.org/10.3389/fncir.2020.00002

Poeppel, D. (2003). The analysis of speech in different temporal integration windows: Cerebral lateralization as “asymmetric sampling in time.” Speech Communication, 41(1), 245–255. https://doi.org/10.1016/S0167-6393(02)00107-3

Randler, C., Braun, M., & Lintker, S. (2011). Foot preferences in wild-living ring-necked parakeets (Psittacula krameri, Psittacidae). Laterality, 16(2), 201–206. https://doi.org/10.1080/13576500903513188

Rogers, L. J., Zucca, P., & Vallortigara, G. (2004). Advantages of having a lateralized brain. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 271(SUPPL. 6). https://doi.org/10.1098/RSBL.2004.0200

Roth, E. D. (2003). “Handedness” in snakes? Lateralization of coiling behaviour in a cottonmouth, Agkistrodon piscivorus leucostoma, population. Animal Behaviour, 66(2), 337–341. https://doi.org/10.1006/anbe.2003.2228

Ruthig, P., & Schönwiesner, M. (2022). Common principles in the lateralisation of auditory cortex structure and function for vocal communication in primates and rodents. European Journal of Neuroscience. https://doi.org/10.1111/ejn.15590

Sommese, A., Miklósi, Á., Pogány, Á., Temesi, A., Dror, S., & Fugazza, C. (2021). An exploratory analysis of head-tilting in dogs. Animal Cognition, 0123456789, 1–5. https://doi.org/10.1007/s10071-021-01571-8

Zatorre, R. J., Belin, P., & Penhune, V. B. (2002). Structure and function of auditory cortex: Music and speech. Trends in Cognitive Sciences, 6(1), 37–46. https://doi.org/10.1016/S1364-6613(00)01816-7

Veröffentlicht von

Philip Ruthig hat Molekularbiologie mit dem Schwerpunkt Neurowissenschaften in Heidelberg studiert. Momentan ist er Doktorand in der Abteilung Neurobiologie der Universität Leipzig und Teil der Graduiertenschule IMPRS NeuroCom des Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig. Seine Forschung ist fokussiert auf vergleichende Studien von Nagern, nicht-menschlichen Primaten und Menschen. Spezielles Interesse gilt hierbei dem auditorischen Cortex und seiner Rolle in der Verarbeitung von Kommunikationslauten. Zentraler Teil des Projekts ist auch, wie interdisziplinäre Forschung an verschiedenen Spezies mit grundlegend verschiedenen Methoden verglichen und gemeinsam interpretiert werden können.

9 Kommentare

  1. Aus meiner laienhaften Ansicht kann es nur von Vorteil sein, bei der Verarbeitung von Sinnesreizen eine “Arbeitsteilung” vorzunehmen – unter der Voraussetzung, dass die jeweils eintreffenden Signale in gewissem Sinne bezüglich der Qualität gleichwertig sind und beide Sinnesorgane höchstwahrscheinlich immer vorhanden und funktionsfähig sind.
    Sicher könnte die Auswertung für beide Qualitäten in beiden Hirnhälften erfolgen, dafür müsste dann aber auch in beiden Hirnhälften die ( gleiche ) Kapazität= Menge an Nervengewebe sein, inklusive Platz- und Energieverbrauch – oder die Qualität der Auswertung müsste entsprechen durch Verringerung des speziellen Nervengewebes “grobkörniger” sein.
    Beim Beispiel “Küken kommt auch noch die Geometrie hinzu, da die Augen jeweils seitlich sitzen, schaut ein Auge bei der Futtersuche auf den Boden und das andere Auge schaut zwangsläufig in die Luft, da bietet sich eine Arbeitsteilung geradezu an, mit dem Vorteil der besseren Auflösung und der schnelleren Verarbeitung.
    Auch in gesellschaftlichen Belangen macht sich eine Arbeitsteilung und damit Spezialisierung vorteilhaft bemerkbar.

  2. Aus informatischer Sicht gibt es mehrere Gründe warum eine assymmetrische, zentralisiertere Verarbeitung sinnvoll oder gar nötig sein kann.
    1) Aktionen/Reaktionen auf Sinnesreize müssen oft eindeutig und unabhängig vom Links-Rechts Körperschema sein. So kann ein Tier entweder fliehen oder angreifen, aber nicht beides gleichzeitig und die Reaktion sollte die gleiche sein egal ob der Reiz von Links oder Rechts kommt. Bei vollkommener Symmetrie der Verarbeitung gibt es jedoch ein Synchronisations- und Abstimmungsproblem.
    2) Vollkommen symmetrische Verarbeitung in beiden Hirnhälften bedeutet einen Verlust an „Rechenleistung“. Die Lokalisierung von Teilleistungen auf eine Seite erhöht die Verarbeitungsgeschwindigkeit. Beispiel: wenn die rechte Gehirnhälfte einen anderen Aspekt des auditorischen Signals verarbeitet als die Linke, dann geht es schneller bis die Gesamtverarbeitung abgeschlossen ist.

    Die beiden Punkte 1) und 2) zeigen auch, dass es im allgemeinen nicht darauf ankommt ob etwas in der linken oder rechten Gehirnhälfte verarbeitet wird, es kommt nur darauf an, dass es eine Aufgabenteilung gibt. Und tatsächlich scheint bei der Lokalisierung links oder rechts auch der Zufall eine Rolle zu spielen und diese Lateralisierung kann auch relativ spät während der Gehirnreifung stattfinden.

  3. Eine laienhafte Frage:
    Welchen Vorteil hat es, dass die linke Gehirnhälfte für
    die rechte Körperhälfte zuständig ist, und umgekehrt?
    Dass das Bild in den Augen umgekehrt ist,
    das ist vermutlich nicht die Ursache?

    • Sehr gute Frage! Mir ist keine definitive Antwort bekannt, warum das vorteilhaft ist. Sehr sicher wird es einen Vorteil geben, sonst wäre das Phänomen nicht in allen untersuchten Vertebraten zu finden, verteilt über die letzten 500 Millionen Jahre. Zur Frage warum das so ist gibt es eine Reihe an plausiblen Theorien, die ich selbst nicht alle präsent habe, da das motorische System nicht in meinem Fokus liegt. Ein guter Startpunkt für Interessierte scheint dieser Wiki-Artikel zu sein. Tatsächlich ist auch das visuelle System zentral in vielen der Hypothesen – durch die Überkreuzung des Sehnervs (chiasma opticum) wird die jeweils rechte Hälfte des Blickfelds der beiden Augen in die linke Hirnhälfte geschickt (und umgekehrt). Im optischen System macht das auch intuitiv Sinn – alle Informationen über das was sich rechts von uns befindet sollte gebündelt weiterverarbeitet werden. Ob das nun links oder rechts im Hirn stattfindet, ist erstmal egal. Sinn macht allerdings, dann in der gleichen Hälfte auch motorische Kontrolle ausüben zu können, um zeitnah zu reagieren, ohne dass die Information die Hirnhälfte wechseln muss. Z.B: Ein Ball kommt von rechts angeflogen, dann macht es auch Sinn ihn mit der rechten Hand zu fangen und den Großteil dieser Arbeit des Hirns in der linken Hälfte stattfinden zu lassen.

  4. Warum sollte ein Gehirn sich auf links oder rechts festlegen sollen… Es ist ein neuronales lernende Netzwerk… Ich fand es früher immer schön witzig die Kinder in der Lernfähigkeit in links oder rechtshirnig einteilen zu wollen… Das ist doch enghirnig🤣
    Wenn man die Anpassungsfähigkeit des Gehirns betrachtet wäre es doch eine Einschränkung der vorhandenen Kapazitäten wenn man es alles festlegt… Think bigger 😇

  5. auch wir Menschen bevorzugen ein Auge beim Sehen. Man kann das selbst überprüfen mit der Fingerprobe. Halten Sie beim Fernsehen einen Finger hoch bei gestrecktem Arm. Merken sie sich die Stelle an der der Finger zu sehen war. schließen sie zuerst das rechte Auge. Wo ist der Finger jetzt ? Ist er an der gleichen Stelle? Wenn ja, dann bevorzugen sie das linke Auge.

  6. Das ist wieder diese Arroganz der Menschen: Schielende Hühner. Die Evolution hat für diese Tiere ein beinahe perfektes Überlebenssystem geschaffen, aber wir bewerten es mit unserem “kleinkarierten” Verstand .Es gibt wahrscheinlich keinerlei Arbeitsteilungen, es gibt wohl nur genetisch codierte Überlebensmechanismen ,wofür ein Gehirn geschaffen wurde. Tiere, würden sie sich ihrer selbst bewusst, würden wahrscheinlich beim Menschen das “Schielen” nach unersättlicher Macht und Reichtum kritisieren, was wohl in beiden Gehirnhälften angelegt ist. Bei meinen Beobachtungen zur Spezies MENSCH habe ich u. a. festgestellt, dass viele beim Essen unbewusst wiederholt instinktiv hochschauen, was evolutionär auch bei Tieren die ihre geschlagene Beute fressen, geschieht. Einige scheinen hierbei auch ihren Kopf schräg zu halten., was vielleicht mit einer fokussierten Sinneswahrnehmung zu tun haben könnte.

    • Hallo Golzower,
      eine negative Konnotation des Wortes “Schielen” ist nicht beabsichtigt. Schielen bezeichnet (m.E. wertungsfrei) die Ausrichtung der Augen in unterschiedliche Richtungen, was ja hier der Fall ist. Die beschriebene Hybris sehe ich also hier nicht. Den Drang sich beim Essen allerdings hin und wieder umzuschauen, kann ich gut nachvollziehen!

  7. Zu Ph. Ruthig :
    Irgendwie “schielt” ja jeder auf seine Art, da jeder seinen eigenen Raubvogel über sich kreisen hat, sprich seine eigene konstruierte Gefahrenwelt .Aber wenn sie schon auf den Hund kommen der beim schräg stellen des Kopfes den Zusammenhang zwischen Spielzeug und dem Wort herstellt, so wäre das für mich nichts weiter als eine Abrufung einer Erfahrung (Konditionierung) .Menschen verhalten sich ähnlich wenn sie “nach- denken”. Dieser Hund ruft in seinem Gedächtnisspeicher entsprechende Muster ab die auf Sinneserfahrungen mit diesem Menschen, seiner Gestik und Mimik sowie dem dazugehörigen Worten basieren bzw. mit dem Belohnungssystem. Das Tier MENSCH reagiert sehr ähnlich . Ich kenne viele Menschen die beim konzentrierten Denken den Kopf “schräg ” stellen, was wohl auch mit einer Art Ausblendung der Außenreize zu tun haben könnte . Der Neo Cortex wäre hier also auf Funktion des Zwischenhirns angewiesen, wie man im übrigen beides nicht trennen darf, was ja bei Neurowissenschaftlern oft vorkommt. Da der Hund immer den Blickkontakt sucht, spiegelt er sich vom Gefühl her mit den Grundemotionen des Besitzers, seinem Alpha-Tier .
    Ansonsten schöne Grüße nach Leipzig.

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